KR100932502B1 - Active Single Operation Detection Method of Inverter-based Distributed Power Source - Google Patents
Active Single Operation Detection Method of Inverter-based Distributed Power Source Download PDFInfo
- Publication number
- KR100932502B1 KR100932502B1 KR1020070123118A KR20070123118A KR100932502B1 KR 100932502 B1 KR100932502 B1 KR 100932502B1 KR 1020070123118 A KR1020070123118 A KR 1020070123118A KR 20070123118 A KR20070123118 A KR 20070123118A KR 100932502 B1 KR100932502 B1 KR 100932502B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- frequency
- single operation
- inverter
- reactive power
- power
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/388—Islanding, i.e. disconnection of local power supply from the network
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
단독운전 시 계통 주파수가 무효 전력 출력에 좌우된다는 점에 착안하여 인버터의 무효 전력 출력 제어부에 주파수의 미세한 변동을 가속화 이득을 통하여 증폭한 외란 요소를 추가함으로써 능동적으로 주파수 변동을 가속화하여 단독 운전 검출 조건이 형성되도록 하여 단독 운전을 검출하는 인버터 기반 분산 전원의 능동형 단독 운전 검출방법에 제공된다. 상기 인버터 기반 분산 전원의 능동형 단독 운전 검출방법에서, 전력 계통의 특 고압 및 저압 배전선로에 연계되어 운전되며, 계통전원 상실 시 단독운전을 정지해야 하는 분산전원에 있어서, 단독 운전 계통에서 무효 전력과 주파수의 상관관계에 착안하여 무효전력을 이용하여 주파수 변동을 유도함으로써 단독운전 시 주파수 검출조건 이상이 되게 하여 단독 운전을 검출한다.In view of the fact that the system frequency depends on the reactive power output during independent operation, the frequency fluctuation is actively added to the reactive power output control part of the inverter by adding a disturbance element amplified by the gain to accelerate the frequency variation. It is provided in the active single operation detection method of the inverter-based distributed power supply to be formed to detect the single operation. In the active single operation detection method of the inverter-based distributed power supply, the inverter is operated in connection with the special high voltage and low voltage distribution lines of the power system, and in the distributed power source that must stop the single operation when the system power is lost, Paying attention to the correlation of frequency, the reactive power is used to induce frequency fluctuations so as to be above the frequency detection condition in the single operation and detect the single operation.
분산 전원, 단독 운전 검출 Distributed power supply, single operation detection
Description
본 발명은 인버터 기반 전원에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터를 통하여 계통에 연계되는 분산전원의 단독운전 상태를 능동적으로 검출하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an inverter based power supply, and more particularly, to a method for actively detecting a single operation state of a distributed power supply linked to a system through an inverter.
단독 운전 검출방법은 크게 분류하면 능동형과 수동형으로 구분할 수 있으며 능동형은 전력변환장치 등을 이용하여 계통외란 신호를 출력하고 이러한 출력 외란에 대한 전력계통의 응답 특성을 관측하여 단독운전 여부를 검출하는 방법이고 수동형은 측정점에서의 전압의 크기나 위상각 혹은 주파수 정보를 이용하여 규정치 보다 높거나 낮은 것을 검출하거나 혹은 변동분을 이용하여 단독운전을 검출하는 방법을 말한다. 능동형은 검출 불가영역이 아주 작거나 없는 장점이 있으나, 외란신호를 전력계통에 인가함으로 인해 전력품질이 악화되는 단점이 있다. 수동형은 구현이 간단하고 저가이며 전력품질에 영향을 주지 않는 반면에 검출 불가영역이 넓고 다수의 분산전원이 적용된 경우에 검출이 불가하거나 검출성능이 떨어진다. The single operation detection method can be largely classified into active type and passive type. The active type outputs the system disturbance signal by using a power conversion device and detects the independent operation by observing the response characteristics of the power system for such output disturbance. The passive type refers to a method of detecting higher or lower than a specified value using the magnitude, phase angle, or frequency information of a voltage at a measuring point, or detecting single operation using a variation. The active type has an advantage that the undetectable area is very small or absent, but the power quality is deteriorated by applying the disturbance signal to the power system. The passive type is simple to implement, inexpensive, and does not affect the power quality, while the undetectable area is large and the detection performance is poor when a large number of distributed power supplies are applied.
능동형 검출 분야의 종래 기술을 상술하면 다음과 같다. 주파수 바이어스 방 법은 정현파를 갖는 분산전원의 출력전류에 약간의 데드타임을 주는 방법으로 왜곡된 인버터 출력전류지령을 부하에 공급하게 되는 단점이 있다. 샌디아 주파수 변동방법은 무효전력 출력과 부하의 미소한 차이에 의해 미세한 주파수의 변동이 생기면 이를 출력전류에 데드타임의 형태로 적용한 것으로서, 검출 불가영역이 거의 없으나 계통연계 상태에서 주파수가 변동하는 경우 출력전류에 왜곡이 발생하는 단점이 있다. 무효전력 출력과 부하의 불평형에 의한 주파수 변동을 이용하여 출력전류 위상각을 조작하거나 위상동기 제어부(Phase Lock Loop:PLL)의 기준 주파수를 변동시킴으로써 단독 운전을 검출하는 몇 가지의 방법들이 있으나, 주파수 변동에 대하여 위상각이나 기준 주파수 등을 얼마나 변동시킬 것인가를 결정하는 제어 이득을 구체적으로 설정하기 힘든 단점이 있다. The prior art in the field of active detection is described in detail as follows. The frequency bias method has a disadvantage of supplying a distorted inverter output current command to the load by giving a slight dead time to the output current of the sine wave distributed power supply. Sandia frequency fluctuation method is to apply minute frequency variation to output current when minute frequency fluctuation occurs due to small difference between reactive power output and load, and there is almost no detectable area, but frequency fluctuates in grid connection state. There is a disadvantage that distortion occurs in the output current. There are several methods of detecting single operation by manipulating the output current phase angle using the reactive power output and the frequency variation due to the unbalance of the load or by changing the reference frequency of the phase lock loop (PLL). There is a disadvantage in that it is difficult to specifically set a control gain for determining how to vary the phase angle, the reference frequency, etc. with respect to the variation.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단독운전 시 계통 주파수가 무효 전력 출력에 좌우된다는 점에 착안하여 인버터의 무효 전력 출력 제어부에 주파수의 미세한 변동을 가속화 이득을 통하여 증폭한 외란 요소를 추가함으로써 능동적으로 주파수 변동을 가속화하여 단독 운전 검출 조건이 형성되도록 하여 단독 운전을 검출하는 인버터 기반 분산 전원의 능동형 단독 운전검출 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, focusing on the fact that the system frequency is dependent on the reactive power output during stand-alone operation to amplify the minute fluctuations in the frequency through the acceleration gain to the reactive power output control unit of the inverter It is an object of the present invention to provide an active single operation detection method of an inverter-based distributed power supply that detects single operation by actively accelerating frequency fluctuation to form a single operation detection condition by adding a disturbance element.
본 발명의 다른 목적은 단독 운전 시 검출이 가능할 정도로 단독운전 계통을 충분히 불안정하게 하면서 계통 연계 운전 시에는 전력 품질에 영향을 최소화하기 위한 인버터 기반 분산 전원의 능동형 단독 운전 검출 방법을 제공함에 있다. It is another object of the present invention to provide an active single operation detection method of an inverter-based distributed power supply for minimizing the influence on power quality during system linkage operation while sufficiently making the single operation system unstable enough to detect the single operation.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 인버터 기반 분산 전원의 능동형 단독 운전 검출 방법은 전력 계통의 특 고압 및 저압 배전선로에 연계되어 운전되며, 계통전원 상실 시 단독운전을 정지해야 하는 분산전원에 있어서, 단독 운전 계통에서 무효 전력과 주파수의 상관관계에 착안하여 무효전력을 이용하여 주파수 변동을 유도함으로써 단독운전 시 주파수 검출조건 이상이 되게 하여 단독 운전을 검출하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the active single operation detection method of the inverter-based distributed power supply in accordance with the present invention is operated in connection with the special high voltage and low voltage distribution line of the power system, the distributed power supply that must stop the single operation when the system power loss In the single operation system, the frequency of the reactive power is induced by using the reactive power in consideration of the correlation between the frequency, characterized in that the independent operation is detected by being above the frequency detection condition during the single operation.
바람직하게는, 상기 분산전원의 무효전력 출력 제어기의 출력인 무효전력 성분 기준전류 지령치에 주파수 변동을 가속화하는 제어 루프를 추가하여 단독운전 시 무효전력 출력 또는 역률의 변동으로 주파수 변동을 가속화하여 주파수가 단독운전 검출조건을 초과하게 함으로써 단독운전을 검출한다.Preferably, a control loop for accelerating the frequency variation is added to the reactive power component reference current command value that is the output of the reactive power output controller of the distributed power supply, thereby accelerating the frequency variation by the variation of the reactive power output or the power factor during the single operation. The single operation is detected by exceeding the single operation detection conditions.
더욱 바람직하게는, 상기 주파수 변동 가속화 제어 루프의 출력은 기준 주파수와 계측 주파수의 차에 유효 전력 제어전류 성분과 주파수 증폭 이득의 곱으로 이루어진 주파수 변동 가속화 이득을 곱하여 얻는다.More preferably, the output of the frequency shift acceleration control loop is obtained by multiplying the difference between the reference frequency and the measurement frequency by the frequency shift acceleration gain consisting of the product of the effective power control current component and the frequency amplification gain.
가장 바람직하게는, 상기 주파수 증폭 이득은 단독운전 계통의 주파수를 충분히 흔들어 주기 위하여 미소신호 안정도 해석을 통하여 산정한 최소값 보다 크고, 계통 연계 운전 시 상기 주파수 변동 가속화 제어 루프의 추가에 따른 무효 전력 출력 또는 역률의 변동을 제한하기 위하여 주파수 스텝 변화에 대한 응답성 해석을 통하여 얻는 최대값보다 작다.Most preferably, the frequency amplification gain is larger than the minimum value calculated through the microsignal stability analysis to sufficiently shake the frequency of the single operation system, and the reactive power output according to the addition of the frequency variation acceleration control loop during system linkage operation. It is smaller than the maximum value obtained through the responsiveness analysis of the frequency step change to limit the variation in power factor.
본 발명의 효과는 아래와 같다. The effects of the present invention are as follows.
첫째, 본 발명은 인버터 기반 분산전원의 단독운전을 검출 불가영역 없이 능동적으로 검출할 수 있다. First, the present invention can actively detect the independent operation of the inverter-based distributed power supply without an undetectable area.
둘째, 본 발명은 능동형 단독운전 검출기법이나 출력전류를 왜곡시키지 않고, 출력외란을 최소화하여 전력품질에 영향을 거의 미치지 않는다. Secondly, the present invention does not distort the active single operation detection method or the output current, and minimizes the output disturbance, thereby hardly affecting the power quality.
셋째, 별도의 센서 등의 장치의 추가나 제어기의 교체 없이 기존의 분산전원 제어기에 적용이 용이하다. Third, it is easy to apply to the existing distributed power supply controller without the addition of a device such as a separate sensor or replacement of the controller.
넷째, 정확한 단독운전 검출로 인명과 설비의 안전을 보장하고, 분산전원의 운전 신뢰도를 향상시킬 수 있다. Fourth, accurate single operation detection ensures the safety of life and equipment, and improves the operation reliability of distributed power supplies.
이하, 첨부된 예시 도면에 의거하여 본 발명의 실시예에 따른 인버터 기반 분산 전원의 능동형 단독 운전 검출 방법을 상세히 설명한다. Hereinafter, an active single operation detection method of an inverter-based distributed power supply according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
전력계통에 고장이 발생하여 계통전원이 차단되어 분산전원이 있는 계통에 단독운전이 발생하였을 때 분산전원의 발전량과 단독계통의 부하량의 차이가 작을 경우, 전압 및 주파수의 변동이 미미하여 단독운전을 검출하지 못하는 검출 불가 영역이 발생할 수 있다. 도 1은 단독 운전 현상 모델로서, IEEE 929 및 UL 1741 규격에서 단독 운전 검출 성능 시험을 위한 회로 구성을 나타낸다. 계통 고장 등으로 계통 측 차단기(S1)가 개방되면 계통 전원 없이 분산 전원에서 인근 부하 RLC에 단독으로 전력을 공급하는 단독 운전 현상이 발생한다. 이때, 부하 P load 및 Q load 와 ΔP 및 ΔQ는 수학식 1 내지 4와 같이 나타낼 수 있다. When the power system breaks down and the system power is cut off and the independent operation occurs in the system with distributed power supply, if the difference between the generation amount of the distributed power supply and the load of the independent system is small, the voltage and frequency fluctuations are insignificant to detect the independent operation. An undetectable area may fail. FIG. 1 is a standalone driving phenomenon model, and shows a circuit configuration for a standalone driving detection performance test in the IEEE 929 and UL 1741 standards. When the circuit breaker (S1) is opened due to a system failure, an independent operation phenomenon occurs in which power is supplied to a nearby load RLC from a distributed power supply without a grid power supply. In this case, the load P load and Q load and ΔP and ΔQ can be expressed as
수학식 1에서 P load >P 이면, P load 가 P가 되기 위해 접속점 전압 V가 감소하고, P load <P 이면 V는 증가한다. ΔP가 일정하다고 하면, 수학식 2에서 Q load >Q 이면, 주파수 f는 증가하고, 반대로 Q load < Q 이면, 주파수 f는 감소한다. 도 2와 같이 유효전력의 불평형은 전압과 무효전력의 불평형은 주파수와 직접적인 관계를 가진다. 계통층 차단기(S1)이 개방되어 단독운전이 발생한 경우, 유효전력 부하와 발전의 차 ΔP 및 무효전력 부하와 발전의 차 ΔQ에 의해 전압 및 주파수 변동이 발생하고, 전압의 경우 정격 전압의 0.88~1.1배를 초과하거나 주파수의 경우 59.3Hz~60.5Hz 범위를 초과하게 되면 단독운전으로 판별하여 검출하도록 되어 있다. 그러나 작은 경우 전압 및 주파수의 변동은 미미하여 단독운전을 검출하지 못하게 되는데 이러한 영역을 검출 불가 영역이라고 하며 도 2의 빗금친 영역으로 나타난다.When P load > P in
능동형 검출방법의 경우 분산 전원의 출력에 외란 성분을 추가하기 때문에 그 방법에 따라 출력 전류의 왜곡이나 출력 변동에 의한 전압 변동 등을 발생하여 전력 품질에 악 영향을 미칠 수 있다. 도 3은 주파수 바이어스 방법으로서 출력 전류에 데드 타임(dead time)을 주는 등의 왜곡을 발생하게 되므로 출력 전류의 고조파가 증가하게 된다. 또한, 새로운 방식의 도입으로 인하여 기존에 운전되고 있는 분산전원 설비에 센서 등의 별도의 장치를 설치하거나 제어기를 교체하여야 하는 경우 별도의 경제적인 부담을 가중시킬 수 있다. In the active detection method, a disturbance component is added to the output of the distributed power supply, which may adversely affect the power quality by generating a distortion of the output current or a voltage variation caused by the output variation. 3 is a frequency biasing method, which causes distortion, such as giving a dead time to the output current, so that harmonics of the output current are increased. In addition, due to the introduction of a new method can be added to the additional economic burden when it is necessary to install a separate device such as a sensor or replace the controller in the existing distributed power supply equipment.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 문제점은 기존에 운전되는 인버터 기반의 분산전원에 별도의 장치를 추가하지 않고 기존의 제어블록에 간단한 주파수 가속화 루프를 추가함으로써, 단독운전을 능동적으로 검출하여 검출 불가 영역을 0이 되게 하고, 동시에 능동형 방식의 가장 큰 단점인 연계운전 시 전력품질의 영향을 최소화하는 것이다. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to add a simple frequency acceleration loop to the existing control block without adding a separate device to the inverter-based distributed power source operating in the existing, active detection of the independent operation area At the same time, the main disadvantage of the active type is to minimize the influence of the power quality during linkage operation.
본 발명에서는 검출 불가 영역을 해결하기 위하여 단독운전 회로에서의 유효전력-전압 및 무효전력-주파수 간의 밀접한 연관성에 착안하였다. 일반적으로 전압변동의 허용영역이 주파수보다 크고, 검출 불가영역이 무효전력 변동에 더욱더 민감하므로, 주파수 변동을 이용한다. 기본 개념은 Q load 가 Q보다 커서 주파수가 증가하는 경우 주파수 증가가 가속화되도록 인버터 Q출력을 감소시켜 주고, 반대로 주파수가 감소하는 경우 주파수의 감소가 가속화되도록 인버터의 Q 출력을 증가되게 인버터의 전류 지령치를 설정해준다. △Q가 0인 경우 주파수 변동은 없으나, 실제로 계측 오차나 노이즈로 인한 미세한 변동을 항상 동반되므로 여기에 적정한 가속화 이득으로 증폭하게 된다. 계통에 연계되어 있을 때에는 계통 자체의 주파수 유지력이 매우 크므로 주파수 변동이 없으나, 단독운전인 경우 주파수는 급격히 변화해서 주파수 검출 조건을 초과하게 된다. 이러한 효과를 가능하게 하는 적정한 크기의 가속화 이득을 설정하는 방법을 제시한다.In the present invention, in order to solve the undetectable region, attention has been paid to a close correlation between active power-voltage and reactive power-frequency in a single operation circuit. In general, frequency tolerance is used because the allowable region for voltage fluctuation is larger than the frequency and the undetectable region is more sensitive to reactive power fluctuation. The basic idea is Q load that if Q greater than the frequency increases to give reduces the inverter Q output so that the frequency increase is accelerated, on the contrary, if the frequency is reduced so increasing the Q output of the inverter so that a decrease in the frequency accelerating current command value of the inverter Set the. If ΔQ is 0, there is no frequency variation, but it is actually accompanied by minute fluctuations due to measurement error or noise, so it is amplified with an appropriate acceleration gain. When connected to the system, there is no frequency fluctuation because the frequency holding power of the system itself is very high, but in the single operation, the frequency changes rapidly and exceeds the frequency detection condition. We present a method of setting an appropriately sized acceleration gain that enables this effect.
전력 품질을 최소화하기 위해서 도 3과 같이 A, B, C상의 출력전류의 파형을 왜곡시키지 않고, 이를 동기로 회전하는 DQ 좌표 상으로 변환한 DQ축의 전류값에 외란 성분을 추가함으로써 파형을 왜곡을 발생하지 않는다. 지나친 무효전력 변동요소로 인한 계통연계 운전 시 전압변동이나 역률 등에 영향을 최소화 또는 조절할 수 있는 가속화 이득 설정방법을 제시한다. 이러한 DQ 좌표 상에서의 어 방식은 현재 계통연계형 3상 분산전원의 대표적인 출력전류 제어 방식으로서, 기존의 제어블록도에 주파수 가속화 성분을 추가함으로써 별도의 내부장치나 제어기 교체 없이 적용이 가능하다. In order to minimize the power quality, as shown in FIG. 3, the waveform is not distorted by adding a disturbance component to the current value of the DQ axis, which is converted to the DQ coordinate which rotates synchronously without distorting the waveform of the output current on the A, B, and C phases. Does not occur. This paper presents an acceleration gain setting method that minimizes or adjusts the influence of voltage fluctuations or power factor during grid linkage operation due to excessive reactive power fluctuation factors. This method on the DQ coordinate is a representative output current control method of the current grid-connected three-phase distributed power supply, and can be applied without replacing an internal device or controller by adding a frequency acceleration component to the existing control block diagram.
도 4는 일반적인 계통연계형 3상 분산전원 인버터의 회로도 및 출력제어 방식이다. 계통연계형 인버터의 출력제어 방식(도 4의 출력제어기 및 전류제어기)은 다양한 방법으로 구성할 수 있지만, 현재 가장 널리 사용되는 방식은 제 5 도와 같이 유효전력과 무효전력을 개별 제어하기 용이한 d-q 변환에 기반을 둔 출력 제어 방식이다. 유효전력 지령치 P*와 실제값 P의 오차를 비례-적분 제어기를 통해 인버터의 q축 전류 지령치 i * q 로 설정하고, 무효전력의 경우 d축 전류 지령치 i * d 로 설정된다. 지령된 d-q 전류 값은 전류제어기를 통하여 제어된다.4 is a circuit diagram and an output control method of a general grid-connected three-phase distributed power inverter. The output control method of the grid-connected inverter (output controller and current controller of FIG. 4) can be configured in various ways, but the most widely used method is dq, which is easy to individually control active power and reactive power as shown in FIG. Output control method based on conversion. The error between the active power command value P * and the actual value P is set to the q-axis current command value i * q of the inverter via the proportional-integral controller, and the d-axis current command value i * d for reactive power. The commanded dq current value is controlled via the current controller.
주파수 변동 가속화 성분을 3상 분산전원 인버터에 구현하기 위해서는 도 5 도 및 도 6의 d축 전류 지령치 i * d 의 제어 루프(610)에 주파수 변동을 가속화시킬 수 있는 제어 성분 (ω-ω0)Kacc를 추가해 주면 된다. 이를 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. In order to implement the frequency variation acceleration component in the three-phase distributed power inverter, a control component (ω−ω 0 ) capable of accelerating the frequency variation in the
여기서, Q inv 는 인버터의 유효전력 출력, K p 와 K i 는 출력제어기의 비례 및 적분 이득, ω 0 (=2π f 0 )는 계통의 정격 각 주파수 [rad/s], ω는 실제 계통 각 주파수이다. K acc 는 주파수 변동 가속 파라미터로서, 단위 [rad/s] 변화에 대한 무효전력 성분전류 인가량[A]를 나타낸다. 계통에 연계되어 있는 경우 계통 주파수가 정격 주파수에서 약간 벗어나서 분산 전원 인버터가 이를 가속화시키려는 방향으로 무효전력 출력을 제어된다 하더라도, 계통 자체의 주파수 유지능력이 매우 크기 때문에, 주파수는 가속화되지 않는다. 그러나 단독운전 시는 아주 미세한 주파수 변동이 발생하더라도 변동폭이 빠른 속도로 가속화되어 검출한계인 59.3-60.5 [Hz]의 범위를 벗어나게 된다. 이 때 가속되는 속도는 전적으로 가속화 파라미터의 크기에 좌우된다. 도 6은 주파수 가속화 성분을 추가한 제어기의 구조를 나타낸다. 주파수 변동 가속 파라미터 K acc 를 수학식 6과 같이 주파수 증폭 이득 K a , q축 전류 지령치로 구성한다. Where Q inv is the active power output of the inverter, K p and K i are the proportional and integral gains of the output controller, ω 0 (= 2π f 0 ) is the rated angular frequency of the system [rad / s], and ω is the actual system angular frequency. K acc is a frequency variation acceleration parameter and represents reactive power component current application amount [A] with respect to a unit [rad / s] change. When connected to the grid, even if the grid frequency deviates slightly from the rated frequency and the distributed power inverter controls the reactive power output in the direction of accelerating it, the frequency is not accelerated because the grid itself has a very high frequency holding capacity. In single operation, however, even the smallest frequency fluctuations occur, and the fluctuations are accelerated rapidly and fall outside the detection limits of 59.3-60.5 [Hz]. The speed of acceleration at this time depends entirely on the size of the acceleration parameter. 6 shows a structure of a controller in which a frequency acceleration component is added. The frequency fluctuation acceleration parameter K acc is configured by the frequency amplification gain K a and the q-axis current command value as shown in Equation (6).
주파수 증폭 이득 K a 를 설계하기 위하여 다음 조건을 고려한다. ① 주파수 변동 가속화를 위한 무효전력 출력 크기가 유효전력 출력크기에 비례하도록 할 것 ② 단독운전 검출 조건에 해당될 정도의 주파수변동을 야기할 만큼 충분히 클 것 ③ 계통 연계 운전 시 계통의 주파수 변동에 대해서 주파수 변동 가속화 성분에 의한 무효전력 출력 변동 또는 역률이 설정한 값 이하가 되도록 할 것.To design the frequency amplification gain K a , consider the following conditions. ① Make sure that the reactive power output size for accelerating frequency fluctuation is proportional to the active
주파수 증폭 이득 K a 의 하한은 위의 조건 ②에 의거하여, 단독운전 회로에서 시스템을 불안정하게 하는 최소의 값으로 정한다. 수학식 5로부터 수학식 7을 얻고, 이로부터 수학식 8의 미소 신호 방정식을 얻을 수 있다. 상기 미소 신호 방정식으로부터 특성 방정식을 구한다. 시스템이 불안정한 조건은 특성 방정식의 해가 발산하는 조건이므로, 이로부터 K a 의 하한을 얻을 수 있다. 전개 과정이 다소 복잡하므로 생략하고 여기서는 결과 관계식인 (9)를 나타낸다. The lower limit of the frequency amplification gain K a is determined to be the minimum value which makes the system unstable in the single operation circuit based on the
여기서, ω f 는 계측 샘플링 주파수Where ω f is the measurement sampling frequency
여기서, V n 은 인버터 접속점의 정격전압이고, Qf는 퀄리티티 팩터(Quality factor)이다.Where V n is the rated voltage of the inverter connection point and Q f is the quality factor.
주파수 증폭 이득 K a 의 상한은 위의 조건 ③에 의거하여, 계통연계 운전 시 계통의 주파수가 변동되더라도 일정한 역률 이하가 되지 않도록 또는 일정한 크기의 무효전력 출력변동을 갖지 않도록 설정한다. 이를 위하여 주파수의 스텝 변화에 대한 주파수 변동 가속화 제어기의 응답성을 고려하고 이로부터 상한을 도출한다. 수학식 5로부터 수학식 10의 라플라스 변환 식을 얻는다. △ω의 주파수 변동을 스텝함수로 준다고 하면 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다. 이를 역 라플라스 변환하면 수학식 12와 같이 된다. 수학식 12의 우항의 최대값은 무효전력 출력변동 상한 △Qmax 보다 작아야 하므로 수학식 13의 관계식을 얻을 수 있다. 수학식 13으로부터 역률에 대한 수학식 14로 변환할 수 있다. 수학식 13에 수학식 5와 수학식 14를 대입하여 수학식 15의 관계를 얻을 수 있다.The upper limit of the frequency amplification gain K a is set so as not to be below a constant power factor or to have a constant magnitude of reactive power output fluctuation even if the frequency of the grid fluctuates during grid connection operation based on the
여기서, pf = 인버터 출력 역률Where pf Inverter output power factor
따라서 조건 ②및 ③을 만족하기 위한 주파수 증폭 이득 Ka의 범위는 식 (9)와 (15)로부터 다음 수학식 16과 같이 설정한다.Therefore, the range of the frequency amplification gain Ka to satisfy the conditions (2) and (3) is set from equations (9) and (15) as shown in equation (16) below.
도 7 및 도 8은 방지 알고리즘 적용 전과 적용 후에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 적용 전의 결과에서 보듯이 유효전력 발전량과 부하, 무효전력 발전량과 부하를 일치시킨 상태에서는 전압과 주파수의 변동이 없고, 따라서 단독운전을 검출할 수가 없다. 본 발명에 따른 알고리즘을 적용 한 후 주파수의 변동을 가속화하여 검출조건(상한=60.5Hz, 하한=59.3Hz)을 초과하도록 함으로써 단독운전을 검출할 수가 있다.7 and 8 show simulation results before and after applying the prevention algorithm. As shown in the result before the application, there is no change in voltage and frequency when the active power generation amount and the load, the reactive power generation amount and the load are matched, and therefore, single operation cannot be detected. After the algorithm according to the present invention is applied, the single operation can be detected by accelerating the variation of the frequency so as to exceed the detection condition (upper limit = 60.5 Hz, lower limit = 59.3 Hz).
도 9는 방지 알고리즘 적용 전과 적용 후의 인버터 출력전류의 고조파 스펙트럼을 분석한 그래프이다. 1조파부터 63조파까지의 스펙트럼의 결과가 거의 동일하므로 출력전류의 왜형률에 있어서 악영향이 거의 없다고 볼 수 있다.9 is a graph analyzing the harmonic spectrum of the inverter output current before and after applying the prevention algorithm. Since the results of the spectrum from one harmonic to 63 harmonics are almost the same, there is little adverse effect on the distortion of the output current.
도 10 및 도 11은 주파수 증폭 이득 K a 값 설계방법을 검증한 그래프들이다. 시험대상 시스템의 경우 수학식 (16)에 의거하여 설정한 주파수 증폭 이득의 범위는 1.25 < K a < 7.5 이다. 또한, 계통 연계 시 주파수의 운전 범위가 한국전력공사의 운영기준에 의거하여 ±0.2Hz임을 고려하여 계통의 주파수 스텝변화를 0.2Hz로 주고, 이 때 무효전력 최대변동분이 2.0kVar (유효전력 출력이 10kVar일 때 역률 0.98에 해당하는 양)이내가 되도록 설계하였다. 도 9에서 K a =1.25 일 때 주파수가 진동하면서 변동하고, 결국 주파수의 단독운전 검출조건을 초과하여 검출이 가능하다. 국내 및 국제 적용 규격에 따라 검출시간이 제한되므로 적당한 마진을 두어 K a =2로 적용한 결과 주파수 변동이 훨씬 가속화되어 단독운전 검출이 빨라졌다. 도 10의 경우, 주파수 스텝 변동에 대한 무효전력 변동분이 2.0kVar이 되는 이득이 7 정도로서 수학식 16에서 설정한 결과 값에 거의 일치함을 볼 수 있다. 이득을 K a =2로 둔 경우 무효 전력 변동분이 약 0.5kVar (역률 0.998)로 축소되었다. 수학식 16에 의해 설계된 범위에서 적절한 값을 선택함으로써 전력 품질에 큰 영향을 주지 않고 검출 불가 영역 없이 성공적으로 단독 운전을 검출할 수 있다.10 and 11 are graphs verifying a method for designing a frequency amplification gain K a value. For the system under test, the range of frequency amplification gain set in accordance with Equation (16) is 1.25 < K a <7.5. In addition, considering that the operating range of frequency is ± 0.2Hz based on KEPCO's operating standard when linking the grid, give the frequency step change of 0.2Hz, and the maximum variation of reactive power is 2.0kVar (effective power output It was designed to be within the amount corresponding to a power factor of 0.98 at 10kVar. K a in FIG. 9 When = 1.25, the frequency fluctuates and vibrates, and eventually detection exceeds the frequency of the single operation detection condition. Since the detection time is limited according to the national and international application standards, the application of K a = 2 with an appropriate margin has resulted in a much faster frequency fluctuation, resulting in faster single operation detection. In the case of Fig. 10, it can be seen that the gain that the reactive power variation with respect to the frequency step variation becomes 2.0 kVar is about 7, which is almost identical to the result value set in Equation 16. Gain K a With = 2, the reactive power variation was reduced to about 0.5 kVar (power factor 0.998). By selecting an appropriate value in the range designed by Equation (16), it is possible to successfully detect single operation without a large impact on the power quality and without an undetectable area.
도 12는 본 발명에 따른 방법의 성능시험을 위해 구성한 장치도이다. 시험조건은 IEEE 929-2000 규격인 IEEE Recommended Practice for Utility Interface of Photovoltaic (PV) Systems을 참고하여 구성하였다. 직류전원과 인버터로 이루어진 분산전원과 저항-인덕터-커패시터 부하, 계통전원으로 구성된다. 계통전원 측 차단기를 개방하여 단독 운전 현상을 일으킨다. 12 is an apparatus diagram configured for the performance test of the method according to the present invention. Test conditions were constructed by referring to IEEE Recommended Practice for Utility Interface of Photovoltaic (PV) Systems, IEEE 929-2000 standard. It consists of distributed power supply consisting of DC power supply and inverter, resistance-inductor-capacitor load, and grid power supply. Opening the circuit breaker on the grid power supply causes a standalone operation.
도 13 및 도 14는 도 12의 성능 시험 장치를 이용하여 수행한 성능시험 결과를 오실로스코프로 도시한 것이다. 방지 알고리즘 적용 전에는 계통이 차단되어(계통차단신호 활성화) 단독 운전이 발생하더라도 이를 검출하지 못하므로 인버터의 출력 전압 및 출력 전류는 계속 살아 있고 계통연계 운전 때와 동일하게 운전되고 있다. 방지 알고리즘 적용 후에는 계통이 차단된 후 곧 단독운전을 검출하며, 인버터의 출력 전압 및 출력 전류가 성공적으로 차단되어 수용가 계통에 더 이상 전력을 공급하지 않는다.13 and 14 illustrate results of performance tests performed by using the performance test apparatus of FIG. 12 with an oscilloscope. Prior to the application of the prevention algorithm, the system is shut off (the system shut-off signal is activated), so even if a single operation occurs, the output voltage and output current of the inverter are still alive and operating in the same way as the grid connection operation. After the prevention algorithm is applied, short-term operation is detected shortly after the system is shut off, and the inverter's output voltage and output current are successfully shut off and no longer supply power to the customer system.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구 든지 다양한 변형이 가능할 것이다.Although the present invention has been described as a specific preferred embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the above-described embodiments without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Anyone with a variety of variations will be possible.
본 발명에 따른 단독운전 검출방법은 분산 전원 분야에 사용될 수 있다. The single operation detection method according to the present invention can be used in the field of distributed power supplies.
도 1은 단독 운전 회로를 나타낸 회로도이다.1 is a circuit diagram showing a single driving circuit.
도 2는 단독계통의 유/무효전력 및 전압/주파수 관계를 나타낸 그래프이다.2 is a graph illustrating a relationship between active / reactive power and voltage / frequency of a single system.
도 3은 능동형 방식에 의한 출력 전류 왜곡을 나타낸 그래프이다.3 is a graph illustrating output current distortion by the active method.
도 4는 본 발명에 따른 인버터 기반 분산전원의 제어구조를 나타낸 블록도이다. 4 is a block diagram showing a control structure of an inverter-based distributed power supply according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 유효 및 무효전력 출력 제어 블록도이다.5 is a block diagram of active and reactive power output control in accordance with the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 주파수 변동 가속화 제어 블록도이다.6 is a block diagram of a frequency fluctuation acceleration control according to the present invention.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 단독운전 검출 모의 결과도이다.7 and 8 are simulation results of the single operation detection according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 고조파 스펙트럼 비교도이다.9 is a harmonic spectrum comparison diagram according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 가속화 이득에 따른 단독운전 검출 성능도이다.10 is a stand-alone detection performance diagram according to the acceleration gain according to the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 가속화 이득에 따른 무효전력 출력변동을 나타낸 그래프이다.11 is a graph showing the reactive power output variation according to the acceleration gain according to the present invention.
도 12는 본 발명에 따른 성능시험 장치도이다.12 is a diagram of a performance test apparatus according to the present invention.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 성능시험 결과도를 나타낸 도면이다. 13 and 14 are diagrams showing the results of the performance test according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
610: 주파수 변동 가속화 제어 루프610: frequency fluctuation acceleration control loop
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070123118A KR100932502B1 (en) | 2007-11-30 | 2007-11-30 | Active Single Operation Detection Method of Inverter-based Distributed Power Source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070123118A KR100932502B1 (en) | 2007-11-30 | 2007-11-30 | Active Single Operation Detection Method of Inverter-based Distributed Power Source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090056115A KR20090056115A (en) | 2009-06-03 |
| KR100932502B1 true KR100932502B1 (en) | 2009-12-17 |
Family
ID=40987552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020070123118A KR100932502B1 (en) | 2007-11-30 | 2007-11-30 | Active Single Operation Detection Method of Inverter-based Distributed Power Source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100932502B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102830312A (en) * | 2012-08-29 | 2012-12-19 | 江苏兆伏新能源有限公司 | Islanding detection method of grid-connected inverter |
| US9520819B2 (en) | 2014-02-28 | 2016-12-13 | General Electric Company | System and method for controlling a power generation system based on a detected islanding event |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101048290B1 (en) * | 2009-12-18 | 2011-07-13 | 한국전기연구원 | Active single operation detection method and apparatus of distributed power supply using voltage positive feedback control |
| CN111697595B (en) * | 2020-06-18 | 2021-11-02 | 华中科技大学 | Frequency dynamic optimization control method and system of virtual synchronous fan |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006217775A (en) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Kawamura Electric Inc | System interconnection inverter of distributed power supply |
-
2007
- 2007-11-30 KR KR1020070123118A patent/KR100932502B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006217775A (en) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Kawamura Electric Inc | System interconnection inverter of distributed power supply |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 황인호, "분산전원시스템의 계통연계를 위한 새로운 단독운전 방지기법", 전력전자학회논문지, v.9, no.6, pp.568-576, 2004년 12월 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102830312A (en) * | 2012-08-29 | 2012-12-19 | 江苏兆伏新能源有限公司 | Islanding detection method of grid-connected inverter |
| CN102830312B (en) * | 2012-08-29 | 2014-11-05 | 江苏兆伏新能源有限公司 | Islanding detection method of grid-connected inverter |
| US9520819B2 (en) | 2014-02-28 | 2016-12-13 | General Electric Company | System and method for controlling a power generation system based on a detected islanding event |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20090056115A (en) | 2009-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4575272B2 (en) | Distributed power system and system stabilization method | |
| US6429546B1 (en) | Systems and methods for preventing islanding of grid-connected electrical power systems | |
| RU2691331C2 (en) | Method and system for control of asynchronous torsional vibrations of shaft turbine pipeline | |
| CN105259414B (en) | A kind of electric network impedance online test method based on inverter | |
| CN101119095A (en) | Large destabilization real-time simulation system based on nonlinear robust power system stabilizer | |
| Yin et al. | Islanding detection using proportional power spectral density | |
| US8823191B2 (en) | Method and arrangement for controlling a wind turbine using oscillation detection | |
| KR100932502B1 (en) | Active Single Operation Detection Method of Inverter-based Distributed Power Source | |
| US20150323575A1 (en) | Estimating an electricity supply's fundamental frequency | |
| EP3014759B1 (en) | Using static excitation system to reduce the amplitude of torsional oscillations due to fluctuating industrial loads | |
| De Kooning et al. | Online estimation of the power coefficient versus tip-speed ratio curve of wind turbines | |
| US20210173423A1 (en) | Method for current limitation of a virtual synchronous machine | |
| US8861239B2 (en) | Regulating output characteristics of static energy supply units | |
| CA3105412C (en) | Wind energy system and method for identifying low-frequency oscillations in an electrical supply network | |
| Kral et al. | Model-based detection of rotor faults without rotor position sensor-the sensorless Vienna monitoring method | |
| Mehmood et al. | Modeling of sensor faults in power electronics inverters and impact assessment on power quality | |
| KR101048290B1 (en) | Active single operation detection method and apparatus of distributed power supply using voltage positive feedback control | |
| Zaggout et al. | Wind turbine condition monitoring using generator control loop signals | |
| JP4038318B2 (en) | System interconnection protection method and apparatus for distributed power supply | |
| KR101023786B1 (en) | Islanding Detection Method and Apparatus using Distorted Grid Voltage | |
| Blodt et al. | Fault indicators for stator current based detection of torque oscillations in induction motors at variable speed using time-frequency analysis | |
| JP3583885B2 (en) | Inverter device | |
| CN110988485A (en) | Impedance detection system and impedance detection method for direct-current micro-grid | |
| Sun et al. | Self-adaptive detection and damping of power system resonances involving converters | |
| CN114696347B (en) | Active island judgment system and method for energy storage system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121204 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131203 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141202 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |